二酸化炭素は、幅広い意味と同様に幅広い意味合いを持つ多くの科学用語の1つです。 細胞呼吸に精通している場合は、二酸化炭素ガス（略してCO）をご存知かもしれません。2 –は、動物におけるこの一連の反応の廃棄物であり、酸素ガス、またはO2、は反応物です。 また、植物では、このプロセスがCOによって事実上逆になっていることをご存知かもしれません。2 光合成とOの燃料として機能します2 廃棄物として。
おそらくもっと有名なのは、今世紀の政治と地球科学のおかげで、CO2 温室効果ガスであることで有名であり、地球の大気中の熱を閉じ込めるのを助ける責任があります。 CO2 は化石燃料の燃焼の副産物であり、その結果としての地球の温暖化により、地球市民は代替エネルギー源の探求に駆り立てられました。
これらの問題とは別に、CO2 エレガントでシンプルな分子であるガスには、科学ファンが知っておくべき他の多くの生化学的および産業的機能があります。
二酸化炭素とは何ですか？
二酸化炭素は、室温では無色無臭のガスです。 息を吐くたびに、二酸化炭素分子が体から出て大気の一部になります。 CO2 分子には、2つの酸素原子が隣接する単一の炭素原子が含まれているため、分子の形状は線形になります。
O = C = O
各炭素原子は安定した分子内の隣接する分子と4つの結合を形成し、各酸素原子は2つの結合を形成します。 したがって、COの各炭素-酸素結合で2 二重結合、つまり2対の共有電子からなるCO2 非常に安定しています。
元素の周期表を見るとわかるように（「参考文献」を参照）、炭素の分子量は12原子質量単位（amu）であり、酸素の分子量は16amuです。 したがって、二酸化炭素の分子量は12 + 2（16）= 44です。 これを表現する別の方法は、1モルのCOと言うことです2 質量は44で、1モルは6.02×10に相当します。23 個々の分子。 （この数字は、アボガドロ数として知られていますが、炭素の分子量がに設定されているという事実に由来しています。 正確に12グラム、これは炭素に含まれる陽子の2倍の数であり、この炭素の質量には6.02× 1023 炭素原子。 他のすべての元素の分子量は、この標準に基づいて構成されています。）
二酸化炭素は、消火器やソーダなどの炭酸飲料の製造において、冷媒として使用される状態の液体として存在することもあります。 固体として、その状態でそれは冷媒として使用され、皮膚に接触すると凍傷を引き起こす可能性があります。
代謝における二酸化炭素
二酸化炭素は、窒息や人命の損失にさえ関連していることが多いため、毒性があると誤解されることがよくあります。 十分なレベルのCOが2 実際、直接毒性があり、窒息を引き起こす可能性があります。通常、COが発生します。2 代わりに、窒息の結果または結果として蓄積します。 誰かが何らかの理由で呼吸を止めた場合、CO2 もはや肺から排出されないため、他に行く場所がないため、血流に蓄積します。 CO2 したがって、窒息のマーカーです。 ほぼ同じように、水は溺死につながる可能性があるという理由だけで「有毒」ではありません。
大気のごく一部だけがCOで構成されています2 –約1パーセント。 それは動物の代謝の副産物ですが、植物が生き残るために絶対に必要であり、世界の道具の一部です 炭素循環. 植物はCOを取り入れます2、それを一連の反応炭素と酸素に変換し、次に酸素を大気に放出し、炭素をブドウ糖の形で保持して生きて成長します。 植物が死んだり燃やされたりすると、それらの炭素はOと再結合します2 空中で、COを形成する2 炭素循環を完了します。
動物は、摂取した炭水化物、タンパク質、脂肪を食物に分解することで二酸化炭素を生成します。 これらはすべてブドウ糖に代謝されます。ブドウ糖は6炭素分子で、細胞に入り、最終的に二酸化炭素と水になり、その結果、エネルギーが細胞の活動に使用されます。 これは、好気性呼吸のプロセスを通じて発生します（用語は正確に同義ではありませんが、しばしば細胞呼吸と呼ばれます）。 原核生物（細菌）と非植物真核生物（動物）の両方の細胞に入るすべてのブドウ糖 菌類）は最初に解糖系を経て、解糖系と呼ばれる3つの炭素分子のペアを生成します ピルビン酸。 このほとんどは、2炭素分子のアセチルCoAの形でクレブス回路に入りますが、CO2 解放されます。 高エネルギー電子キャリアNADHおよびFADH2 クレブス回路の間に形成されたものは、電子伝達系の酸素の存在下で電子をあきらめます 連鎖反応、大量のATP、生きている細胞の「エネルギー通貨」の形成をもたらします 物事。
二酸化炭素と気候変動
CO2 は熱を閉じ込めるガスです。 多くの点で、これは地球が人などの動物が生き残ることができないほど多くの熱を失うのを防ぐので、良いことです。 しかし、19世紀の産業革命の開始以来の化石燃料の燃焼はかなりの量のCOを追加しました2 大気へのガス、地球温暖化とその徐々に悪化する影響につながります。
何千年もの間、COの大気中濃度2 大気中は200〜300パーツパーミリオン（ppm）のままでした。 2017年までに、それはほぼ400 ppmに上昇しましたが、その濃度はまだ増加しています。 この余分なCO2 熱を閉じ込めて気候を変化させています。 これは、世界中の平均気温の上昇だけでなく、海面上昇、氷河の融解などにも現れています。 酸性の海水、より小さな極地の氷冠、そして壊滅的な出来事の数の増加（例えば、 ハリケーン）。 これらの問題はすべて相互に関連し、相互に依存しています。
化石燃料の例には、石炭、石油（石油）、天然ガスが含まれます。 これらは、死んだ動植物が岩の層の下に閉じ込められて埋められるようになると、何百万年にもわたって作成されます。 良好な熱と圧力の条件下で、この有機物は燃料に変換されます。 すべての化石燃料には炭素が含まれており、これらは燃焼してエネルギーを生み出し、二酸化炭素が放出されます。
産業におけるCO2の使用
二酸化炭素ガスにはさまざまな用途があり、文字通りどこにでもあるので便利です。 前に述べたように、これは固体と液体の形態により当てはまりますが、冷媒として使用されます。 また、エアロゾル推進剤、殺鼠剤（ラット毒）、超低温物理実験の構成要素、温室内の空気中の濃縮剤としても使用されます。 また、油井の破砕、一部の種類の鉱業、特定の原子炉や特殊レーザーの減速材としても使用されます。
興味深い事実：基本的な代謝プロセスを通じて、約500グラムのCOが生成されます2 次の24時間で–アクティブな場合はさらに多く。 それは1ポンド以上の目に見えないガスであり、鼻や口からだけでなく、毛穴からも漂っています。 実際、これは人々が時間の経過とともに体重を減らす方法であり、水（一時的な）損失は含まれていません。